NAD+通过阻止PARP-1抑制和mTORC1-p300通路激活保护肝细胞免受棕榈酸诱导的脂毒性

研究背景

代谢功能障碍相关脂肪肝病（MAFLD）是一种从单纯性脂肪变性到脂肪性肝炎、纤维化/肝硬化甚至肝细胞癌的广泛肝病谱系。作为代谢综合征的肝脏表现，MAFLD的发生与肥胖和胰岛素抵抗密切相关，尤其是循环中游离脂肪酸（FFAs）水平的升高。饱和脂肪酸（SFAs）如棕榈酸（palmitate）在肝细胞中具有细胞毒性，能够诱导细胞死亡，因此棕榈酸常被用作体外研究肝脂毒性的模型。尽管已有大量研究，但棕榈酸诱导的脂毒性机制仍未完全阐明。

近年来，越来越多的证据表明，细胞内NAD+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）水平在细胞代谢和应激反应中起关键作用。PARP-1（聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1）是一种DNA损伤修复酶，其活性依赖于NAD+。此外，mTORC1（雷帕霉素复合物1）作为细胞生长和代谢的核心调控因子，也在脂毒性中扮演重要角色。然而，棕榈酸如何通过调控PARP-1和mTORC1通路诱导肝细胞死亡，仍需进一步研究。

研究来源

本研究由Rui Guo、Yanhui Li、Qing Song、Rong Huang、Xiaodong Ge、Natalia Nieto、Yuwei Jiang和Zhenyuan Song共同完成，分别来自美国伊利诺伊大学芝加哥分校、普渡大学等机构。研究于2025年1月28日发表在《American Journal of Physiology-Cell Physiology》期刊上，DOI为10.1152/ajpcell.00946.2024。

研究流程与结果

1. 棕榈酸暴露抑制肝细胞中PARP-1的表达和活性

研究首先通过体外实验，将AML12和HepG2两种肝细胞系暴露于0.4 mM棕榈酸中16小时，检测PARP-1的表达和活性。结果显示，棕榈酸显著下调了PARP-1的mRNA和蛋白表达水平（图1A、B、D），并抑制了其酶活性，表现为多聚ADP核糖化（PARylation）蛋白的减少（图1C、E）。这些结果表明，棕榈酸通过抑制PARP-1的表达和活性，可能参与了肝细胞脂毒性的发生。

2. PARP-1抑制加剧棕榈酸诱导的肝细胞死亡

为进一步验证PARP-1在棕榈酸诱导的脂毒性中的作用，研究使用PARP-1特异性抑制剂PJ34和Talazoparib预处理AML12细胞，再进行棕榈酸暴露。结果显示，PARP-1抑制显著加剧了棕榈酸诱导的细胞死亡（图2A），并进一步减少了PARylation蛋白的水平（图2B）。相反，使用PARG（聚ADP核糖水解酶）抑制剂PDD00017273预处理，能够减轻棕榈酸诱导的细胞死亡（图2C），并恢复PARylation蛋白水平（图2D）。这些结果表明，PARP-1的抑制在棕榈酸诱导的肝细胞死亡中起重要作用。

3. 细胞内NAD+耗竭与PARP-1抑制相关

研究进一步探讨了NAD+在PARP-1抑制中的作用。通过使用NAD+前体（如NR和NMN）或NNMT（烟酰胺N-甲基转移酶）抑制剂（如II399和JBSNF）预处理肝细胞，研究成功提高了细胞内NAD+水平，并恢复了PARP-1的表达和活性（图4A-C）。这些处理也显著减轻了棕榈酸诱导的肝细胞死亡（图4D-F）。这表明，NAD+水平的恢复能够通过激活PARP-1，保护肝细胞免受棕榈酸的脂毒性。

4. PARP-1抑制通过激活mTORC1-p300通路介导脂毒性

研究发现，棕榈酸暴露能够激活mTORC1通路，表现为其下游靶点p-S6蛋白水平的升高（图5A）。PARP-1抑制剂PJ34进一步加剧了棕榈酸诱导的mTORC1激活（图5B），而PARG抑制剂PDD00017273则能够抑制这一过程（图5C）。此外，NAD+前体NR和NNMT抑制剂也显著减轻了棕榈酸诱导的mTORC1激活（图5B、F）。这些结果表明，PARP-1的抑制在棕榈酸诱导的mTORC1激活中起关键作用。

进一步研究发现，mTORC1通过激活p300（一种组蛋白乙酰转移酶）介导脂毒性。棕榈酸暴露显著增加了p300的活性，表现为乙酰化H3-K27蛋白水平的升高（图6A）。mTORC1抑制剂雷帕霉素（Rapamycin）能够抑制这一过程（图6A），而p300抑制剂C646或基因敲低则显著减轻了棕榈酸诱导的肝细胞死亡（图6E、F）。这些结果表明，mTORC1-p300通路在棕榈酸诱导的脂毒性中起重要作用。

5. TLR4-NF-κB通路介导棕榈酸诱导的PARP-1抑制

研究还探讨了棕榈酸如何下调PARP-1的表达。通过使用TLR4（Toll样受体4）拮抗剂CLI-095和NF-κB抑制剂Bay11-7082预处理肝细胞，研究发现，TLR4-NF-κB通路的激活在棕榈酸诱导的PARP-1抑制中起关键作用（图7B、D）。这些结果表明，棕榈酸通过激活TLR4-NF-κB通路，下调PARP-1的表达，从而诱导肝细胞死亡。

研究结论与意义

本研究首次揭示了PARP-1在棕榈酸诱导的肝细胞脂毒性中的关键作用。研究表明，棕榈酸通过激活TLR4-NF-κB通路，下调PARP-1的表达和活性，进而激活mTORC1-p300通路，最终导致肝细胞死亡。通过提高细胞内NAD+水平，能够恢复PARP-1的活性，从而保护肝细胞免受脂毒性。这些发现为理解MAFLD的发病机制提供了新的分子机制，并为开发针对脂毒性的治疗策略提供了潜在靶点。

研究亮点

1. 首次揭示PARP-1在棕榈酸诱导的脂毒性中的作用：研究发现，PARP-1的抑制是棕榈酸诱导肝细胞死亡的关键机制。
2. NAD+的保护作用：通过提高细胞内NAD+水平，能够恢复PARP-1的活性，从而减轻脂毒性。
3. mTORC1-p300通路的调控作用：研究揭示了mTORC1通过激活p300介导脂毒性的新机制。
4. TLR4-NF-κB通路的参与：研究发现，棕榈酸通过激活TLR4-NF-κB通路，下调PARP-1的表达。

研究价值

本研究不仅深化了对MAFLD发病机制的理解，还为开发针对脂毒性的治疗策略提供了新的思路。通过提高细胞内NAD+水平或抑制mTORC1-p300通路，可能成为治疗MAFLD的有效方法。此外，研究还揭示了TLR4-NF-κB通路在脂毒性中的重要作用，为未来的研究提供了新的方向。